ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПРОЦЕССЕ ПРОИЗВОДСТВА СУЛЬФАТНОЙ ЦЕЛЛЮЛОЗЫ В ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Казаков1 В.Г., Луканин1 П.В., Федорова1 О.В., Зверева 2 Э.Р.
1Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна
2 Казанский государственный энергетический университет
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящей работе приводятся результаты исследований энергосберегающих технологий в процессе производства сульфатной целлюлозы в целлюлозно-бумажной промышленности. ЦЕЛЬЮ исследования является научное обоснование схемы выпаривания и анализ области выпаривания при оптимальных параметрах, на основе которых предложены конструктивные и технологические параметры процесса выпаривания. МЕТОДЫ. В работе подробно рассмотрены результаты эксергетических балансов основных процессов производства сульфатной целлюлозы — регенерация щелочей в содорегенерационных котельных агрегатах (СРК), процесса выпаривания черного щелока, варки технологической щепы, процесс декарбонизации известняка. Выполненный анализ технологической схемы позволяет выявить наиболее «узкие» места в использовании тепловой энергии и обосновать основные направления повышения энергоэффективности рассмотренных процессов. РЕЗУЛЬТАТЫ. Предложена новая энергосберегающая и экологически безопасная технология кислотно-щелочного способа регенерации химикатов, в которой эксергетический КПД возрастает до 90,4 %. Проведено научное обоснование схемы выпаривания и анализ области выпаривания при оптимальных параметрах, на основе которых предложены конструктивные и технологические параметры процесса выпаривания. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Определены основные направления по энергетическому совершенствованию производства сульфатной целлюлозы: снижение эксергетических потерь от необратимости теплообмена, полный или частичный вывод из технологического процесса содорегенерационного котла, а также реализация принципов биорефайнинга.
Ключевые слова: эксергетический анализ; технология теплоты; производство сульфатной целлюлозы; выпаривание; черный щелок; эксергетический КПД; энергосбережение; экологическая безопасность.
Для цитирования: Казаков В. Г., Луканин П.В., Федорова О.В., Зверева Э.Р. Энергосберегающие технологии в процессе производства сульфатной целлюлозы в целлюлозно-бумажной промышленности // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 3-11.
ENERGY-SAVING TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OF SULPHATE CELLULOSE IN THE PULP AND PAPER INDUSTRY
VG. Kazakov1, PV. Lukanin1, OV. Fedorovа1, E.R. Zvereva 2
1Saint Petersburg State University of Industrial Technologies and Design»
2 Kazan State Power Engineering University
Abstract: RELEVANCE. This paper presents the results of research on energy-saving technologies in the production of sulphate cellulose in the pulp and paper industry.THE GOAL. This paper presents the results of research on energy-saving technologies in the production of sulfate cellulose in the pulp and paper industry. The purpose of the study is the scientific substantiation of the evaporation scheme and the analysis of the evaporation region at optimal parameters, on the basis of which the design and technological parameters of the evaporation process are proposed. METHODS. The paper considers in detail the results of exergetic balances of the main processes of sulfate cellulose production — the regeneration of alkalis in IBS, the process of evaporation of black liquor, cooking of technological chips, the process of decarbonization of limestone. The analysis of the technological scheme makes it possible to identify the most «bottlenecks» in the use of thermal energy and justify the main directions for improving the energy efficiency of the processes considered. RESULTS. A new energy-saving and environmentally friendly technology of acid-base chemical regeneration method is proposed, in which the exergetic efficiency increases to 90.4%. The scientific substantiation of the evaporation scheme and the analysis of the evaporation region at optimal parameters were carried out, on the basis of which the design and technological parameters of the evaporation process were proposed. CONCLUSION. The main directions for the energy improvement of the production of sulphate cellulose are determined: reduction of exergetic losses from the irreversibility of heat exchange, complete or partial withdrawal from the technological process of the sodoregeneration boiler, as well as the implementation of the principles of biorefining.
Keywords: exergetic analysis; heat technology; sulphate cellulose production; evaporation; black liquor; exergetic efficiency; energy saving; environmental safety.
For citation: Kazakov VG, Lukanin PV, Fedorovа OV, Zvereva ER. Energy-saving technologies in the production of sulphate cellulose in the pulp and paper industry. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):3-11.
СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К ОРГАНИЗАЦИИ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ ЛИНИЙ НА УДАЛЕННЫХ И ИЗОЛИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
Шушпанов 1 И.Н., Пермякова 2 Д.Н., Конюхов 1 В.Ю., Опарина 1 Т.А.
1Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
2Московский государственный университет имени Н.Э. Баумана, г. Москва, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ работы заключается в разработке методики бесперебойного транспортного энергоснабжения на удаленных и изолированных участках железнодорожной линии. ЦЕЛЬ. Проанализировать факторы, оказывающие влияние на уровень эксплуатационной работы объектов железнодорожного транспорта на удаленных и изолированных территориях. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи использовались методы математического моделирования в среде КОРТЭС. Объектами исследования являются локомотивы серии 2ЭС5К массой 4192 т, ВЛ85 6588 т и 3ЭС5К массой 7388 т. РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе представлена методика расчета для обеспечения своевременного и бесперебойного энергоснабжения. Данные результаты особенно актуальны для труднодоступных районов, в которых любой выход из строя энергетической системы может привести к полной изоляции территории. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Рассмотрена организация работы удаленного участка железнодорожной линии Восточного полигона с учетом применения гибридной системы интервального регулирования движения поездов, работа систем тягового энергоснабжения при различных размерах поездопотоков. Проведена проверка массы состава грузового поезда при условии трогания с места при действующей системе тягового энергоснабжения для максимального значения подъема. Рассчитаны тяговые и энергетические показатели использования электроподвижного состава с учетом максимального использования его мощности. Выявлены ограничивающие участки железнодорожной линии при реализации вариантных графиков движения поездов с напряжением в контактной сети ниже предельно допустимого, что обуславливает не только реконструктивные мероприятия системы тягового энергоснабжения, но и тягового электрооборудования электровоза.
Ключевые слова: объекты железнодорожного транспорта; система тягового энергоснабжения; пропускная способность; Восточный полигон; тяговые расчеты; перегрев обмоток тяговых электродвигателей; график движения поездов; тяговое электрооборудование электровоза; иконтактная сеть.
Для цитирования: Шушпанов И.Н., Пермякова Д.Н., Конюхов В.Ю., Опарина Т.А. Современные подходы к организации энергоснабжения железнодорожных линий на удаленных и изолированных территориях // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. № 1 (57). С. 12-22.
MODERN APPROACHES TO THE ORGANIZATION OF POWER SUPPLY OF RAILWAY LINES IN REMOTE AND ISOLATED TERRITORIES
IN. Shushpanov1, DN. Permyakova2, VYu. Konyukhov1, TA. Oparina1
1Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
2Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russia
Abstract: ACTAULITY of the work lies in the development of a methodology for uninterrupted transport power supply on remote and isolated sections of the railway line. OBJECT. To analyze the factors influencing the level of operational work of railway transport facilities in remote and isolated territories. METHODS. When solving the problem, mathematical modeling methods were used in the CORTES environment. The objects of the study are locomotives of the 2ES5K series weighing 4192 tons, VL85 6588 tons and 3ES5K weighing 7388 tons. RESULTS. The paper presents a calculation method to ensure timely and uninterrupted power supply. These results are especially relevant for hard-to-reach areas in which any failure of the energy system can lead to complete isolation of the territory. conclusion. The organization of work of a remote section of the railway line of the Eastern polygon is considered, taking into account the use of a hybrid system of interval regulation of train traffic, the operation of traction power supply systems at different sizes of train flows. The mass of the freight train composition was checked under the condition of starting with the current traction power supply system for the maximum lift value. Traction and energy indicators of the use of electric rolling stock are calculated taking into account the maximum use of its power. The limiting sections of the railway line have been identified when implementing variant schedules of trains with a voltage in the contact network below the maximum permissible, which causes not only reconstructive measures of the traction power supply system, but also traction electrical equipment of an electric locomotive.
Keywords: railway transport facilities; traction power supply system; capacity; Eastern landfill; traction calculations; overheating of traction motor windings; train schedule; electric locomotive traction equipment; contact network.
For citation: Shushpanov IN, Permyakova DN, Konyukhov VYu, Oparina TA. Modern approaches to the organization of power supply of railway lines in remote and isolated territories. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023;15; 1(57):12-22.
ПРОБЛЕМЫ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА ВОСТОЧНОГО ПОЛИГОНА В УСЛОВИЯХ ПРИРОСТА ГРУЗОПОТОКА
Оленцевич В.А1., Гусева Е.А2., Константинова М.В2.
1 Иркутский государственный университет путей сообщения, г. Иркутск, Россия
2 Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. С целью освоения новых объемов грузопотока необходимо максимально усиливать пропускную способность данного железнодорожного направления, что возможно в основном за счет модернизации действующей энергосистемы объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, строительства дополнительных разъездов, двухпутных вставок и новых железнодорожных станций.
ЦЕЛЬ. Целью представленного научного исследования являлось рассмотрение способов увеличения пропускной и перерабатывающей способностей объектов транспортной инфраструктуры ОАО «Российские железные дороги» в рамках прироста грузопотока Восточного полигона железных дорог за счет проверки технических возможностей действующих систем энергообеспечения. Представленные научные исследования нацелены на оптимальное использование резервов тяговой мощности локомотивного парка и повышение эффективности наличной пропускной способности инфраструктуры железных дорог. МЕТОДЫ. Методологической базой исследования послужили научные работы отечественных и зарубежных ученых в области организации движения поездов и эффективного обслуживания объектов транспортной инфраструктуры, теории управления проектами, теории рисков, теории надежности. РЕЗУЛЬТАТЫ. Полученные авторами результаты научных исследований, проведенных на ограничивающем участке Восточного полигона железных дорог в условиях пропуска поездов повышенной длины, позволили выявить, что показатели рабочего режима системы тягового энергоснабжения имеют предельные значения и не позволяют увеличивать размеры грузопотоков на данном направлении движения. Действующий инфраструктурный комплекс позволяет увеличить пропускную способность заданного участка не более чем на 4 пары поездов в сутки, что говорит об актуальности скорейшей модернизации системы тягового энергоснабжения БАМа и Транссиба. ВЫВОДЫ. Проблемы организации работы энергосистемы объектов железнодорожного транспорта Восточного полигона в условиях прироста грузопотока становятся особенно актуальным. В настоящее время использование технического потенциала магистрали находится на пределе. С целью освоения новых объемов грузопотока необходимо максимально усиливать пропускную способность данного железнодорожного направления, что возможно в основном за счет модернизации действующей энергосистемы объектов инфраструктуры железнодорожного транспорта, строительства дополнительных разъездов, двухпутных вставок и новых железнодорожных станций.
Ключевые слова: Восточный полигон железных дорог; энергоресурсы; направляемые на тягу поездов; энергосистема объектов инфраструктура; пропускная способность участка; предельные значения; тяговые расчёты.
Для цитирования: Оленцевич В.А., Гусева Е.А., Константинова М.В. Проблемы организации работы энергосистемы объектов железнодорожного транспорта восточного полигона в условиях прироста грузопотока. // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 23-36.
PROBLEMS OF ORGANIZING THE WORK OF THE POWER SYSTEM OF RAILWAY TRANSPORT FACILITIES OF THE EASTERN POLYGON IN TERMS OF CARGO TRAFFIC GROWTH
VA. Olentsevich1, EA. Guseva2, MV. Konstantinova2
1Irkutsk State Transport University, Irkutsk, Russia
2Irkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia
Abstract: RELEVANCE. In order to develop new volumes of freight traffic, it is necessary to maximize the capacity of the railway line, which is possible mainly due to modernization of the existing energy system of railway infrastructure facilities, construction of additional intersections, double track inserts and new railway stations. THE PURPOSE.. The purpose of the presented scientific research was to consider ways to increase the throughput and processing capacity of the transport infrastructure facilities of JSC «Russian Railways» within the framework of the increase in freight traffic of the Eastern Polygon of Railways by checking the technical capabilities of existing power supply systems. The presented scientific research is aimed at the optimal use of the reserves of traction power of the locomotive fleet and increasing the efficiency of the available capacity of the railway infrastructure. METHODS. The methodological basis of the research was the scientific work of domestic and foreign scientists in the field of organization of train traffic and efficient maintenance of transport infrastructure facilities, project management theory, risk theory, reliability theory. RESULTS. The results of scientific research obtained by the authors, conducted on the limiting section of the Eastern polygon of railways in conditions of passing trains of increased length, revealed that the indicators of the operating mode of the traction power supply system have limiting values and do not allow increasing the size of cargo flows in this direction of movement. The existing infrastructure complex allows increasing the capacity of a given section by no more than 4 pairs of trains per day, which indicates the urgency of the earliest modernization of the traction power supply system of BAM and Transsib. CONCLUSION. The problems of organizing the work of the power system of the railway transport facilities of the Eastern polygon in the conditions of an increase in cargo traffic are becoming particularly relevant. Currently, the use of the technical potential of the highway is at its limit. In order to develop new volumes of cargo traffic, it is necessary to maximize the capacity of this railway direction, which is possible mainly due to the modernization of the existing power system of railway infrastructure facilities, the construction of additional sidings, double-track inserts and new railway stations.
Keywords: The Eastern polygon of railways, energy resources directed to train traction, the power system of infrastructure facilities, the capacity of the site, limit values, traction calculations.
For citation: Olentsevich VA, Guseva EA, Konstantinova MV. Problems of organizing the work of the power system of railway transport facilities of the eastern polygon in terms of cargo traffic growth. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 23-36.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОМАССООБМЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЛЕНОЧНОЙ ГРАДИРНИ С КОМБИНИРОВАННЫМИ НАСАДКАМИ
Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А., Лаптев А.Г.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ в статье рассмотрены современные импортозамещающие насадки. Они являются важным элементов в системе охлаждения воды в оборотных циклах. Насадка дискретно-шероховатой поверхность и хаотичная, металлическая насадка «Инжехим-2012» показала высокую эффективность.
ЦЕЛЬЮ данной статьи является экспериментальное исследование и обобщение результатов по гидравлическим и тепломассообменным характеристикам комбинированного насадочного слоя при проведении процесса охлаждения воды воздухом на макете градирни. МЕТОДЫ. На макете градирни, оборудованным комбинированной насадкой из полиэтиленовых труб с регулярно-дискретной шероховатость юс дополнительным верхним хаотичным слоем, исследован процесс охлаждения воды воздухом при пленочном противотоке фаз. Регулярная насадка состоит из вертикальных труб диаметром 50 мм и высотой один метр и хаотичной насадкой, засыпанной сверху регулярной с высотой слоя 0,20 метра. Хаотичная насадка состоит из аналогичных труб, нарезанных на цилиндры 50х50 мм или металлической 16 мм «Инжехим — 2012». Хаотичные насадки предназначены для более равномерного распределения воды на входе в регулярную насадку и создании дополнительной зоны контакта фаз с максимальной движущей силой тепломассообмена. Исследовался процесс охлаждения воды с температурой около 40°С воздухом, с температурой 20-25°С. Скорость воздуха в градирне достигала 2,6 м/с, а плотность орошения до 19,4 м3/(м2час). Режимные характеристики близки к работе мини градирен. РЕЗУЛЬТАТЫ. Экспериментально определены перепад давления воздуха макета с насадкой, объемный коэффициент массоотдачи и тепловые эффективности по охлаждению воды и нагрева воздуха. Построены графические зависимости от режимных параметров. Выполнено сравнение с коэффициентами массоотдачи в насадочных градирнях с близкими конструктивными и режимными характеристиками. Показано преимущество комбинированных насадок. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Полученные результаты по гидравлическим и тепломассообменных характерам пленочных оросителей с интенсификаторами и активным участком могут применяться как в теоретических, так и практических методах расчета градирен при их модернизации или проектировании в различных отраслях промышленности и на тепловых станциях.
Ключевые слова: градирня; тепломассообмен; насадки; эффективность; пленочный режим.
Благодарность. Российскому научному фонду, грант №18-79-10136 https://rscf.ru/project/18-79-10136/
Для цитирования: Столярова Е.Ю., Лаптева Е.А., Лаптев А.Г. Экспериментальные гидравлические и тепломассообменные характеристики пленочной градирни с комбинированными насадками // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 37-47.
EXPERIMENTAL HYDRAULIC AND HEAT AND MASS TRANSFER CHARACTERISTICS OF A FILM COOLING TOWER WITH COMBINED NOZZLES
EY. Stolyarova, EA. Lapteva, AG. Laptev
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: RELEVANCE: the article discusses modern import-substituting nozzles. They are an important element in the water cooling system in the circulating cycles. The nozzle has a discretely rough surface and a chaotic, metal nozzle «Injechim-2012» has shown high efficiency.
THE PURPOSE of this article is an experimental study and generalization of the results on the hydraulic and heat and mass transfer characteristics of the combined packing layer during the process of cooling water with air on a model of a cooling tower.
METHODS. On a model of a cooling tower equipped with a combined nozzle made of polyethylene pipes with regularly discrete roughness with an additional upper chaotic layer, the process of cooling water with air with a film counterflow of phases is investigated. The regular nozzle consists of vertical pipes with a diameter of 50 mm and a height of one meter and a chaotic nozzle filled with a regular top with a layer height of 0.20 meters. The chaotic nozzle consists of similar pipes cut into cylinders of 50×50 mm or metal 16 mm «Injechim — 2012». Chaotic nozzles are designed for a more uniform distribution of water at the entrance to the regular nozzle and the creation of an additional phase contact zone with the maximum driving force of heat and mass transfer. The process of cooling water with a temperature of about 40 ° C with air, with a temperature of 20-25 ° C. was studied. The air velocity in the cooling tower reached 2.6 m/s, and the irrigation density was up to 19.4 m3/(m2h). The operating characteristics are close to the operation of mini cooling towers.
RESULTS. The air pressure drop of the model with a nozzle, the volumetric mass transfer coefficient and thermal efficiencies for cooling water and heating air were experimentally determined. Graphical dependences on the operating parameters are constructed. The comparison with the mass transfer coefficients in the cooling towers with similar design and operating characteristics is carried out. The advantage of combined nozzles is shown.
CONCLUSION. The results obtained on the hydraulic and heat and mass transfer characteristics of film sprinklers with intensifiers and an active site can be used in theoretical as well as practical methods for the modernization or design of cooling towers in various industries and at thermal power plants.
Key words: cooling tower; heat and mass transfer; packings; efficiency; film mode.
For citation: Stolyarova EY, Lapteva EA, Laptev AG. Experimental hydraulic and heat and mass transfer characteristics of a film cooling tower with combined nozzles. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 37-47.
РЕЖИМНЫЕ ПАРАМЕТРЫ СИСТЕМЫ ПЫЛЕПРИГОТОВЛЕНИЯ ДЛЯ ГАЗОГЕНЕРАТОРОВ ПОТОЧНОГО ТИПА
Валиуллин Б.Р., Мингалеева Г.Р.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: ЦЕЛЬ. Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью диверсификации топливно-энергетического баланса России и использования угля в качестве сырья для получения генераторного газа. Целью данной работы является обоснование выбора системы пылеприготовления для поточной газификации угля и определение режимных параметров, влияющих на работу поточного газогенератора. МЕТОДЫ. Обоснован выбор системы пылеприготовления замкнутого типа с промежуточным бункером пыли и шаровыми барабанными мельницами. С использованием нормативной методики проведен ее расчет при изменении параметров сушки и измельчения с определением составляющих теплового баланса для углей наиболее перспективных месторождений России Соколовского угля марки ДГ и Ирша-Бородинского бурого угля. РЕЗУТАТЫ. Получены зависимости расхода топлива и удельных затрат на измельчение от дисперсного состава угольной пыли. Определена температура и расход сушильного агента для каждого значения показателя крупности измельчения R90. При увеличении диаметра частиц, который определяется параметром R90, наблюдается снижение удельных затрат энергии на размол примерно в 2 раза, как для Соколовского каменного угля, так и для бурого Ирша-Бородинского. При этом расход сушильного агента для сушки и измельчения Соколовского угля соответствует номинальному во всем диапазоне изменения параметров, а для Ирша-Бородинского при более низких значениях влажности готовой пыли превышает номинальное значения в 1,5-2 раза. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. При расчете системы пылеприготовления угля для поточного газогенератора могут быть получены исходные данные для моделирования процесса газификации, такие как дисперсный состав и влажность пыли в достаточно широком диапазоне изменения данных параметров, влияющих на состав получаемого генераторного газа. Также получены значения удельных расходов энергии на размол, которые учитываются при определении затрат на собственные нужды газификационной установки.
Ключевые слова: пылеприготовление; поточный газогенератор; дисперсный состав; влажность пыли; измельчение угля.
Для цитирования: Валиуллин Б.Р., Мингалеева Г.Р. Режимные параметры системы пылеприготовления для газогенераторов поточного типа // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. № 1(57). С. 48-57.
OPERATING PARAMETERS OF THE DUST PREPARATION SYSTEM FOR FLOW-TYPE GAS GENERATORS
BR. Valiullin, GR. Mingaleeva
2Kazan State Power Engineering University», Kazan, Russia
Abstract: RELEVANCE of this study is due to the need to diversify the fuel and energy balance of Russia and use coal as a raw material for generating gas. THE PURPOSE of this work is to justify the selection of a dust production system for in-line coal gasification and to determine the operating parameters affecting the operation of the in-line gas generator. METHODS. The choice of a closed-type dust preparation system with an intermediate dust hopper and ball drum mills is justified. Using the regulatory procedure, it was calculated when changing the drying and grinding parameters with the determination of the heat balance components for the coals of the most promising deposits of Russia, Sokolovsky coal of the DG brand and Irsha-Borodino brown coal. RESULTS. Dependence of fuel consumption and specific costs of grinding on dispersed composition of coal dust is obtained. Temperature and flow rate of drying agent for each value of R90 grinding size index are determined. With an increase in particle diameter, which is determined by the R90 parameter, there is a decrease in specific energy costs for grinding by about 2 times, both for Sokolovsky coal and for brown Irsh-Borodinsky. Consumption of drying agent for drying and grinding Sokolovsky coal corresponds to nominal value in the whole range of parameters change, and for Irsh-Borodinsky at lower values of moisture content of finished dust exceeds nominal value by 1.5-2 times. CONCLUSION. In calculating the coal dusting system for the in-line gas generator, initial data can be obtained for simulating the gasification process, such as dispersion composition and dust humidity over a sufficiently wide range of changes in these parameters affecting the composition of the resulting generator gas. The values of specific energy consumption for grinding were also obtained, which are taken into account when determining the costs for own needs of the gasification plant.
Keywords: dust preparation; in-line gas generator; dispersion composition; dust humidity; coal grinding.
For citation: Valiullin BR, Mingaleeva GR. Operating parameters of the dust preparation system for flow-type gas generators. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 48-57.
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИНХРОННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ПОСТОЯННЫМИ МАГНИТАМИ ПРИ ПОМОЩИ КОМПЛЕКСНОЙ ТОПОЛОГИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИ
Петров1 Т.И., Сафин1 А.Р., R.K. Behera2
1Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
2Indian Institute of Technology (IIT), Patna
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. Оптимизация конструкции электрических машин в ходе проектирования всегда является важной целью разработчика. Для решения этих задач можно использовать топологическую оптимизацию, однако у которой есть важные особенности при проектировании синхронных двигателей с постоянными магнитами. ЦЕЛЬ. Топологическая оптимизация становится одним из главных инструментов создания новых конструкций различного оборудования, в том числе и электрических машин. Данный метод отличается высоким значением сходимости, гибкой вариативностью, возможностью учета большого количества ограничений, что позволяет получать нестандартные, но эффективные топологии. Существует много работ в области топологической оптимизации, однако данный метод для электрических машин используется совсем недавно, и поэтому необходимо определить возможные проблемы при проектировании, и определить пути решения, которые позволят получить наиболее эффективные конструкции синхронных двигателей с постоянными магнитами. МЕТОДЫ. Рассмотрены используемые методы оптимизации конструкции, определены основные особенности проектирования электрических машин при помощи топологической оптимизации, предложены решение проблемы попадания алгоритмов в локальные экстремумы путем введения в генетический алгоритм этапа мутации, высоких вычислительных затрат – упрощением геометрической модели и сокращением числа внешних переменных в виде ограничений. РЕЗУЛЬТАТЫ. Использование дополнительных этапов в генетический алгоритм, для решения проблемы попадания алгоритма в локальные оптимумы, уже доказанный и эффективный способ. Упрощение геометрической формы модели двигателя позволяет снизить время расчета в 2,5 раза, а повышение количества внешних переменных приводит к незначительному эффекту, что говорит о нецелесообразности усложнения топологической оптимизации. ВЫВОДЫ. Топологическая оптимизация эффективный метод проектирования электрических машин, однако, и при использовании данной методики, очень важны умения и навыки проектировщика, так как есть большое количество условий и возможностей реализации инструментария. Для успешного проведения топологической оптимизации необходимо правильно выбрать алгоритм работы, учесть все особенности для синхронных двигателей с постоянными магнитами.
Ключевые слова: методы многоцелевой оптимизации; постоянные магниты; комплексная топологическая оптимизация; синхронные двигатели; проектирование электрических машин.
Благодарности: Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 22-79-00134.
Для цитирования: Петров Т.И., Сафин А.Р., R.K. Behera. Особенности проектирования синхронных двигателей с постоянными магнитами при помощи комплексной топологической оптимизации // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 58-67.
PECULIARITIES OF DESIGNING SYNCHRONOUS MOTORS WITH PERMANENT MAGNETS USING INTEGRATED TOPOLOGICAL OPTIMIZATION
TI. Petrov1, AR. Safin1, RK. Behera2
1Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
2Indian Institute of Technology (IIT), Patna
Abstract: RELEVANCE. Optimizing the design of electrical machines during the design process is always an important goal for the designer. To solve these problems, topological optimization can be used, however, which has important features when designing permanent magnet synchronous motors. THE PURPOSE. Topological optimization is becoming the main tool for creating new designs, including equipment and general machines. This method has an extremely high convergence value, flexible variability, and the ability to take into account a large number of restrictions, which makes it possible to obtain non-standard, but modeling topologies. There are many works in the field of topological estimation, however, this method has been used for electrical machines quite recently, and therefore it is necessary to identify possible design problems, determine the ways that are solved, and obtain the highest frequencies of synchronous motors with magnet frequencies. METHODS. The methods used to optimize the design are considered, the main features of the design of electrical machines using topological optimization are determined, a solution to the problem of getting algorithms into local extremes is proposed by introducing a mutation stage into the genetic algorithm, high computational costs — by simplifying the geometric model and reducing the number of external variables in the form of restrictions. RESULTS. The use of additional steps in the genetic algorithm to solve the problem of getting the algorithm into local optima is already a proven and effective way. Simplification of the geometric shape of the engine model allows to reduce the calculation time by 2.5 times, and an increase in the number of external variables leads to an insignificant effect, which indicates the inexpediency of complicating the topological optimization. CONCLUSIONS. Topological optimization is an effective method for designing electrical machines, however, when using this technique, the skills and abilities of the designer are very important, since there are a large number of conditions and possibilities for implementing the toolkit. For successful topological optimization, it is necessary to choose the correct operation algorithm, take into account all the features for synchronous motors with permanent magnets.
Keywords: multi objective optimization; permanent magnets; complex topological optimization; synchronous motors; electrical machine design.
Acknowledgments: The study was supported by the Russian Science Foundation grant No. 22-79-00134.
For citation: Petrov TI, Safin AR, RK. Behera. Peculiarities of designing synchronous motors with permanent magnets using integrated topological optimization. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 58-67.
АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМ СТАТКОМ В ЗАДАЧАХ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕГО ПРЕДПРИЯТИЯ
Балабанов А.М., Митрофанов С.В.
Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск, Россия
Резюме: АКТУЛЬНОСТЬ. Увеличение объема использования полупроводниковых элементов, в частности, частотных преобразователей, а также распространение систем возобновляемой энергетики требует более подробных оценок влияния нелинейных элементов на качество электрической энергии в электрических сетях промышленных предприятий. ЦЕЛЬ Оценка влияния систем повышения качества электроэнергии на эффективность режима работы основного силового оборудования горнодобывающего предприятия. МЕТОДЫ. В рамках решения поставленной задачи произведён сравнительный анализ различных систем динамической компенсации реактивной мощности и подавления высших гармонических составляющих, обусловленных наличием полупроводниковых преобразователей частоты в системе электроснабжения горнодобывающего предприятия. Рассмотрены варианты на основе конденсаторных батарей, статических компенсаторов реактивной мощности, а также СТК и СТАТКОМ. РЕЗУЛЬТАТЫ. В работе выполнен сравнительный анализ технических характеристик FACTS-устройств типа: конденсаторные батареи, СТК, синхронный компенсатор, СТАТКОМ. В результате сравнительного анализа для скиповой подъемной машины наиболее эффективным средством стабилизации уровня напряжения выбран СТАТКОМ. Разработана в среде Matlab Simulink, имитационная модель участка системы электроснабжения горнодобывающего предприятия со скиповой подъёмной машиной, а также установками СТАТКОМ мощность 2,4 Мвар на основе технологии IGBT. В модели рассматривалось влияние различных режимов работы подъемной машины на уровень потребления реактивной мощности, уровень напряжения и коэффициенты гармонических составляющих в распределительной сети горнорудного предприятия. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Наибольший эффект компенсации высших гармонических составляющих происходит при использовании СТАТКОМ (Ku=3,66%); Использование режима компенсации высших гармонических составляющих у СТАТКОМ при работе ФКУ невозможно, т.к. возникает резонанс. Для исключения резонанса необходимо изготавливать СТАТКОМ и ФКУ одновременно, т.е. изготавливать реакторы ФКУ с учетом изменения частотного спектра; При использовании СТАТКОМ 2,4 Мвар напряжение в максимальном режиме работы подъемной машины составило 5782 В или 0,963Uном (без использования СТАТКОМ 5682 В или 0,947Uном).
Ключевые слова: качество электрической энергии; компенсация реактивной мощности; стабилизация напряжения; высшие гармоники; СТАТКОМ; ФКУ; СТК; синхронный компенсатор.
Для цитирования: Балабанов А.М., Митрофанов С.В. Анализ эффективности систем статком в задачах повышения качества электроэнергии горнодобывающего предприятия // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 68-79.
ANALYSIS OF THE EFFICIENCY OF STATCOM SYSTEMS IN IMPROVING THE QUALITY OF ELECTRICITY IN A MINING ENTERPRISE
AM. Balabanov, SV. Mitrofanov
Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia
Abstract: RELEVANCE. The increasing use of semiconductor elements, in particular frequency converters, as well as the spread of renewable energy systems requires more detailed assessments of the nonlinear elements impact on the quality of electrical energy in the electrical networks of industrial enterprises. OBJECTIVE Assessment of the impact of power quality improvement systems on the efficiency of the main power equipment of the mining enterprise. METHODS. In order to solve the problem a comparative analysis of different systems of dynamic compensation of reactive power and suppression of higher harmonic components due to the presence of semiconductor frequency converters in the power supply system of the mining enterprise has been made. Options based on capacitor banks, static reactive power compensators, as well as SVC and STATCOM are considered. RESULTS. A comparative analysis of technical characteristics of FACTS-devices such as: capacitor banks, SVC, synchronous compensator, STATCOM was performed in the work. As a result of the comparative analysis for the skip hoisting machine, the most effective voltage level stabilizer is chosen by STATCOM. A simulation model of the power supply system of a mining enterprise with a skip hoisting machine and 2.4 Mvar capacity STATCOM units based on IGBT technology has been developed in Matlab Simulink software. The model considered the influence of different operating modes of the hoisting machine on the level of reactive power consumption, voltage level and harmonic components coefficients in the distribution network of the mining enterprise. CONCLUSIONS. The greatest effect of compensation of higher harmonic components occurs when using STATCOM (Ku = 3,66%); Using the compensation mode of higher harmonic components in STATCOM during operation of the FCU is impossible, because the resonance occurs. To avoid resonance it is necessary to produce STATCOM and FCU at the same time, i.e. to produce FCU reactors taking into account the change of frequency spectrum; When using STATCOM 2,4 Mvar the voltage in the maximum operating mode of the hoisting machine was 5782 V or 0,963Unom (without using STATCOM 5682 V or 0,947Unom).
Keywords: skip hoist; electrical power quality; reactive power compensation; voltage stabilization; higher harmonics; STATCOM; filter compensator; static thyristor compensator; synchronous compensator.
For citaition: AM. Balabanov, SV. Mitrofanov. Analysis of the efficiency of statcom systems in improving the quality of electricity in a mining enterprise. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 68-79.
ТЕСТИРОВАНИЕ ФИДЕРОВ ДРЕВОВИДНОЙ СТРУКТУРЫ 6 – 10 кВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА ОЗЗ
Федотов А.И., Андреев Н.К., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ исследования обусловлена необходимостью повышения эффективности функционирования воздушных линий распределительных электрических сетей. ЦЕЛЬ. Исследовать проблему определения места однофазного замыкания на землю (ОЗЗ) на фидерах древовидной структуры в воздушных распределительных электрических сетей (РЭС) напряжением 6 – 10 кВ, работающих в режиме изолированной нейтрали. Обоснование эффективность тестирования отключенного фидера сигналами постоянного тока по двум фазам воздушных линий (ВЛ), используя выборочное подключение к фидеру трансформаторных подстанций. Разработать алгоритм формирования тестовых схем и получить условия, характеризующие присутствие или отсутствие ОЗЗ на выделенных участках схемы. МЕТОДЫ. Для достижения поставленной цели предложено на обесточенном фидере дистанционно отключать все присоединенные подстанции, подавать на вход напряжение постоянного тока на две фазы, включая аварийную фазу. Избирательно включать одну удаленную конечную подстанцию, обеспечивая шунтирования через трансформатор двух фаз, находящихся под напряжением. Тем самым можно организовать питание места ОЗЗ с двух сторон. Для расчета величины сопротивления питающих электрических цепей разработан алгоритм, не требующий решения уравнений режима работы фидера на постоянном токе по двум фазам. РЕЗУЛЬТАТЫ. На примерах показана методология формирования тестовых схем. Разработаны условия предварительной оценки присутствия или отсутствия ОЗЗ в тестовой схеме. Приведена формула для расчета расстояния до места ОЗЗ с учетом наличия переходного сопротивления. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Методика тестирования отключенного фидера ориентирована на распознавание места устойчивого ОЗЗ и позволяет его рассчитать при значениях переходных сопротивлений на уровне нескольких сотен кОм. Гибкая РЭС, оснащенная дистанционно управляемыми высоковольтными коммутационными аппаратами, позволяет выполнить все процедуры в пределах 0,4 часа.
Ключевые слова: однофазное замыкание на землю; распределительная электрическая сеть; алгоритм; зондирующий сигнал; тестовая схема; источник постоянного тока.
Для цитирования: Федотов А.И., Андреев Н.К., Вагапов Г.В., Абдуллазянов А.Ф. Тестирование фидеров древовидной структуры 6 – 10 кВ для определения места ОЗЗ // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 80-92.
TESTING OF 6 – 10 kV TREE STRUCTURE FEEDERS TO DETERMINE THE LOCATION OF THE A SINGLE-PHASE EARTH FAULT
AI. Fedotov, NK. Andreev, GV. Vagapov, AF. Abdullazyanov
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: RELEVANCE of the study is primarily related to the evaluation of the effectiveness of national networks of airlines. THE PURPOSE. To research the problem of determining the location of a single-phase ground fault (SPGF) on tree-structured feeders in overhead power distribution grids (PDG) of a voltage of 6–10 kV with isolated neutral mode. Substantiation of the effectiveness of testing a disconnected feeder with DC signals on two phases of overhead power lines (OPL), using selective connection of transformer substations to the feeder. Develop an algorithm for the formation of test circuits and obtain conditions characterizing the presence or absence of SPGF in selected sections of the circuit. METHODS. To achieve this goal, it is proposed to remotely turn off all connected substations on a power off feeder, apply DC voltage to the input for two phases, including the phase with fault. Selectively turn on one remote terminal substation, providing shunting through the transformer of two phases with voltage. Thus, it is possible to organize the power supply of the SPGF place from two sides. For calculate the resistance value of the supply electrical circuits, an algorithm has been developed that does not require solving the equations of the feeder operation mode at direct current in two phases. RESULTS. The examples show the methodology for generating test circuits. Conditions for a preliminary assessment of the presence or absence of an SPGF in a test scheme have been developed. A formula is given for calculating the distance to the place of SPGF, taking into account the presence of contact resistance. CONCLUSION. The method of testing a disconnected feeder is focused on recognizing the place of a stable SPGF and allows you to calculate it with transient resistance values at the level of several hundred kOhm. Flexible PDG, equipped with remotely controlled high-voltage switching devices, allows you to perform all procedures within 0.4 hours
Keywords: single-phase earth fault; distribution electrical network; algorithm; probing signal; test circuit; DC power source.
For citation: AI. Fedotov, NK. Andreev, GV. Vagapov, AF. Abdullazyanov. Testing of 6 – 10 kV tree structure feeders to determine the location of the a single-phase earth fault. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57): 80-92.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕРОЯТНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ВНУТРИЦЕХОВЫХ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
Петрова1 Р.М., Абдуллазянов1 Э.Ю., Грачева1 Е.И., Valtchev2 S., Yousef Ibragim3
1Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
2 Universidade NOVA of Lisbon, Portugal
3Federation University Australia
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬЮ данного исследования является совершенствование методов определения параметров надежности низковольтного электрооборудования систем электроснабжения по статистическим эксплуатационным данным. Электротехнические комплексы промышленных объектов в настоящее время, как правило, имеют в своем составе технологические циклы различной степени сложности и соответствующее электрооборудование систем внутрицехового электроснабжения, к надежности эксплуатации которого, требования в современных условиях существенно возрастают. ЦЕЛЬ. Определить законы изменения вероятностных характеристик надежности низковольтного электрооборудования – силовых трансформаторов, автоматических выключателей, магнитных пускателей и контакторов на основании статистических данных эксплуатации. МЕТОДЫ. Для определения законов изменения параметров надежности электрооборудования систем внутрицехового электроснабжения проведено исследование теоретических и статистических функций вероятности безотказной работы и вероятности появления отказа каждого вида исследуемого электрооборудования. РЕЗУЛЬТАТЫ. Произведена проверка на соответствие вероятностных характеристик электрооборудования нормальному закону распределения с использованием критерия Колмогорова. Определены виды функций изменения основных параметров надежности электрооборудования и. представлены соответствующие графические зависимости. Проведено сравнение полученных результатов значений вероятности безотказной работы с требованиями ГОСТ. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. В результате проведенных исследований определены эмпирические и теоретические законы изменения значений вероятностей безотказной работы и появления отказа в различные периоды наблюдения на основании статистических данных для электрооборудования низковольтных систем внутризаводского электроснабжения. Определены основные параметры надежности.
Ключевые слова: система внутрицехового электроснабжения; параметры надежности; силовой трансформатор; автоматический выключатель; магнитный пускатель; контактор; вероятностные характеристики.
Для цитирования: Петрова Р.М, Абдуллазянов Э.Ю., Грачева Е.И.,Valtchev S., Yousef Ibragim. Исследование вероятностных характеристик надежности электрооборудования внутрицеховых систем электроснабжения // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 93-105.
STUDY OF PROBABILITY CHARACTERISTICS OF RELIABILITY OF ELECTRICAL EQUIPMENT IN INTERNAL POWER SUPPLY SYSTEMS
RM. Petrova1, EYu. Abdullazyanov1, EI. Gracheva1, Valtchev S2, Yousef Ibragim3
1Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
2 Universidade NOVA of Lisbon, Portugal
3Federation University Australia
Abstract: RELEVANCE. Improvement of methods for determining reliability parameters of low-voltage electrical equipment of power supply systems based on statistical operational data. Industrial facilities, as you know, have in their composition/ Industrial facilities in Kazan, as you know, have in their composition technological cycles of varying degrees of complexity and the corresponding electrical equipment systems of internal workshop power supply, to the reliability of the operation of which, requirements in modern conditions are increasing significantly. OBJECT. To determine the laws of changing probabilistic reliability characteristics of low-voltage electrical equipment — power transformers, circuit breakers, magnetic starters and contactors on the basis of statistical operation data. METHODS. To determine the laws of changes in reliability parameters of electrical equipment of internal electrical supply systems, the study of theoretical and statistical functions of the probability of no-failure operation and probability of failure of each type of the investigated electrical equipment was carried out. RESULTS. Conformity of electrical equipment probability characteristics to the normal law of distribution with the use of Kolmogorov criterion was checked. Types of functions of changes in the main parameters of electrical equipment reliability were determined and corresponding graphic dependences were presented. The obtained results of the probability of no-failure operation were compared with the requirements of GOST. CONCLUSIONS. As a result of the performed investigations empirical and theoretical laws of change in the values of probabilities of no-failure operation and occurrence of failures in different periods of observation on the basis of statistical data for electrical equipment of low-voltage systems of in-plant power supply were determined. The main reliability parameters were determined.
Keywords: power supply system, reliability parameters, power transformer, automatic switch, magnetic starter, contactor, probabilistic characteristics.
For citation: Petrova RM, Abdullazyanov EYu, Gracheva EI, Valtchev S, Yousef Ibragim. Study of probability characteristics of reliability of electrical equipment in internal power supply systems. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):93-105.
О ПРИМЕНЕНИИ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ В РАСЧЕТАХ РАЦИОНАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ ГОРОДСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТРАНСПОРТА
Ившин И.В., Аухадеев А.Э., Ле К.Т.
Казанский государственный энергетический университет, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящей работе рассмотрены важные аспекты развития беспилотного городского общественного электрического транспорта. ЦЕЛЬ. Исследовать особенности применения нейронных сетей в расчетах рациональных режимов работы тягового электрооборудования городского электрического транспорта. МЕТОДЫ. В работе использованы результаты компьютерного моделирования и экспериментального исследования эксплуатационных режимов трамвайного транспорта, анализ которых позволил идентифицировать уровень и направленность стохастических связей эксплуатационных и энергетических параметров процесса движения и режимов работы тягового электрооборудования. РЕЗУЛЬТАТЫ. Полученные корреляционные модели позволяют обосновать состав параметров входного и выходного слоя нейронных сетей, а также сформировать набор данных (dataset) для их обучения. Предложен алгоритм определения параметров рациональных режимов работы тягового электрооборудования при движении транспортного средства на заданном перегоне, реализованный с применением нейросетевых моделей на основе многослойного персептрона. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Проведенные исследования показали, что применение в расчетах рациональных режимов работы тягового электрооборудования городского электротранспорта комплекса «простых» нейронных сетей позволяет обеспечить высокую скорость и точность вычислений.
Ключевые слова: городской электрический транспорт; беспилотный трамвай; тяговое электрооборудование; расчет рациональных режимов работы; нейронная сеть прямого распространения; многослойный персептрон.
Для цитирования: Ившин И.В., Аухадеев А.Э., Ле К.Т. О применении нейронных сетей в расчетах рациональных режимов работы тягового электрооборудования городского электрического транспорта // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С.106-116.
APPLICATION OF NEURAL NETWORKS IN RATIONAL MODES CALCULATIONS OF TRACTION ELECTRIC EQUIPMENT OPERATION OF URBAN ELECTRIC TRANSPORT
IV. Ivshin, AE. Auhadeev, KT. Le
Kazan State Power Engineering University, Kazan, Russia
Abstract: RELEVANCE. This paper considers important aspects of the development of unmanned urban public electric transport. THE PURPOSE. Explore the peculiarities of neural networks application in the rational modes calculation of ground municipal electric transport. METHODS In this work are used results of computer modeling and experimental research of operational modes of tram transport are presented which analysis allowed to identify the level and direction of stochastic relationships of operational and energy parameters of the movement process and modes of traction electric equipment operation. RESULTS. The obtained correlation models make it possible to justify the composition of input and output parameters of neural networks as well as to form the dataset for their training. The algorithm of determination of traction electrical equipment rational operation modes parameters at the vehicle movement on a given distance, which is implemented using neural network models based on multilayer perseptron is presented. CONCLUSION. The conducted research has shown that the use of «simple» neural networks in calculations of rational modes in urban electric transport traction equipment allows for high speed and accuracy of calculations.
Key words: urban electric transport; unmanned tram; traction electric equipment; calculation of rational operation modes; forward distribution neural network; multilayer perceptron.
For citation: Ivshin IV, Auhadeev AE, Le KT. Application of neural networks in rational modes calculations of traction electric equipment operation of urban electric transport. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):106-116.
PREDICTION OF TAR FORMATION IN A BIOMASS HEATING BOILER
Ion V. Ion, Răzvan Mahu, Florin Popescu, Gabriel Mocanu, Robert Chivu
«Dunarea de Jos» University of Galati, Romania
Abstract: THE RELEVANCE of this study is the issue of predicting the formation of resin in a biomass heating boiler. THE PURPOSE. Biomass is an important source of energy, especially in the field of heating. The thermochemical decomposition of biomass is accompanied by the formation of tar, a product present in the combustion gases, which condenses upon cooling the gases forming, together with the entrained ash, deposits on the convective surfaces of the boiler. These deposits reduce the overall heat transfer coefficient and lead to corrosion of the metal surfaces. This work aimed to analyze the influence of the operating regime of a boiler on the generation of tar. Tar formation depends, in addition to the type of biomass, on the operating conditions of the boiler. METHODS. In order to analyze the formation of tar, modeling and numerical simulation of biomass combustion (briquettes from a mixture of sawdust and agricultural residues) in a downdraft combustion boiler was used. RESULTS. The model developed for biomass combustion was tested and validated by using the experimentally obtained results. The measurements for temperatures and carbon monoxide concentrations in the two combustion chambers of the boiler were used to calibrate the model. CONCLUSION. The results of the simulation showed that with the reduction of the excess air in the boiler, the tar concentration also decreased. This result is consistent with the results obtained by other authors at biomass gasification. The developed model was designed to be used for any thermochemical decomposition process of biomass.
Keyword: prediction; tar formation; biomass; boiler; calibrate the model.
For citation: Ion V. Ion, Răzvan Mahu, Florin Popescu, Gabriel Mocanu, Robert Chivu. Prediction of tar formation in a biomass heating boiler. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):117-124.
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ СМОЛЫ В КОТЛЕ ДЛЯ ОТОПЛЕНИЯ БИОМАССЫ
Ион В. Ион, Рэзван Маху, Флорин Попеску, Габриэль Мокану, Роберт Чиву
Университет Галати, Румыния
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ настоящего исследования заключается в прогнозировании образования смолы в котле для отопления биомассы. ЦЕЛЬ. Биомасса является важным источником энергии, особенно в области отопления. Термохимическое разложение биомассы сопровождается образованием дегтя — продукта, присутствующего в газах сгорания, который конденсируется при охлаждении газов, образующих, вместе с осаждениями осаждения на конвективных поверхностях котла. Эти отложения снижают общий коэффициент теплопередачи и приводят к коррозии металлических поверхностей. Целью данной работы является анализ влияния режима работы котла на образование смолы. Образование смолы зависит, помимо типа биомассы, от условий эксплуатации котла. МЕТОДЫ. Для анализа образования смолы использовалось моделирование и численное моделирование сжигания биомассы (брикеты из смеси опилок и сельскохозяйственных отходов) в котле для сжигания с нисходящим уровнем. РЕЗУЛЬТАТЫ. Модель, разработанная для сжигания биомассы, была испытана и проверена с использованием результатов, полученных в экспериментальном порядке. Для калибровки модели использовались измерения температуры и концентраций окиси углерода в двух камерах сгорания котла. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Результаты моделирования показали, что с уменьшением избыточного воздуха в котле концентрация дегтя также снизилась. Этот результат согласуется с результатами, полученными другими авторами при газификации биомассы. Разработанная модель предназначена для использования в процессе термохимического разложения биомассы.
Ключевые слова: прогнозирование; образование смолы; биомасса; котел; калибровка модели.
Для цитирования: Ион В. Ион, Рэзван Маху, Флорин Попеску, Габриэль Мокану, Роберт Чиву. Прогнозирование образования смолы в котле для отопления биомассы // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 117-124.
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ КАБЕЛЕЙ С ПОМОЩИ КВАЗИ-РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
Алькина А.Д 1., Юрченко А.В2,3., Мехтиев А.Д4., Мади П.Ш1., Аймагамбетова Р.Ж. 5
1НАО «Карагандинский технический университет имени Абылкаса Сагинова», г. Караганда, Казахстан
2Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия
3Томский государственный университет, Томск, Россия
4Казахский агротехнический университет им. С. Сейфуллина, г. Астана, Республика Казахстан
5Казахстанский институт стандартизации и метрологии, г. Астана, Республика Казахстан
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. В настоящий момент времени у электроэнергетических предприятий Казахстана и других стран СНГ сформировалась реальная потребность в автоматических распределенных и квази-распределенных охранных системах, которые способны своевременно предупредить дежурный персонал и охранные структуры о попытки хищения с указанием места вторжения в охраняемый кабельный канал. Одним из решений является разработка автоматической системы контроля кабелей на основе квази-распределенных волоконно-оптических датчиков.
ЦЕЛЬ. Разработка автоматической системы контроля целостности силовых кабелей с помощью квази-распределенных волоконно-оптических датчиков способных своевременно предупредить дежурный персонал и охранные структуры о попытке хищения. Также имеется возможность установить место вторжения в охраняемый кабельный канал. Автоматическая система контроля кабелей позволяет частично решать проблемы безопасности охраняемого объекта в режиме реального времени. МЕТОДЫ. При решении поставленной задачи применялся метод контроля интенсивности световой волны распространяющейся в оптическом волокне и сформированных дополнительных потерь при механическом воздействии на него. Дополнительные потери, можно численно преобразовать в картину изменения пикселей и далее уже в численные значения. РЕЗУЛЬТАТЫ. Результатом является разработка опытного образца автоматической системы охраны периметров с использованием волоконно-оптических датчиков и программного обеспечения. Программное обеспечение является важной частью, так как это основа предложенного метода интеллектуального пиксельного анализа светового пятна и определения дополнительных потерь в оптическом волокне. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Рассмотренный новый метод контроля позволяет преодолеть ряд недостатков известные методы оптической интерферометрии и рефлектометрии, а также волоконные решётки Брэгга, которые требуют достаточно дорогостоящих структурных компонентов автоматической системы контроля кабелей и специфического программного обеспечения на основе искусственного интеллекта. Предлагаемая автоматическая система контроля кабелей может стать альтернативой для замены устаревших систем охраны военных объектов, использующих электрические сигналы, при этом будет полностью исключаться блокировка и подавление специальными средствами.
Ключевые слова: система охраны; волоконно-оптический сенсор; несанкционированный доступ; оптическое волокно; охраняемый периметр.
Для цитирования: Алькина А.Д., Юрченко А.В., Мехтиев А.Д., Мади П.Ш., Аймагамбетова Р.Ж. Разработка автоматической системы контроля кабелей с помощи квази-распределенных волоконно-оптических датчиков // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 125-143.
DEVELOPMENT OF AN AUTOMATIC CABLE MONITORING SYSTEM USING QUASI-DISTRIBUTED FIBER-OPTIC SENSORS
АD. Аlkina2, AV. Yurchenko2,3, D. Mekhtiyev4, PSh. Madi1, RZh. Aimagambetova5
1NJS «Karaganda Technical University named after Abylkas Saginov», Karaganda, Kazakhstan Republic of Kazakhstan
2National Research Tomsk Polytechnic University, Tomsk, Russia
3Tomsk State University, Tomsk, Russia
4S. Seifullin Kаzakh Agrotechnical University, Astana, Republic of Kazakhstan
5Kazakhstan Institute of Standardization and Metrology, Astana, Kazakhstan Republic of Kazakhstan
Abstract: RELEVANCE. At the moment, the electric power enterprises of Kazakhstan and other CIS countries have a real need for automatic distributed and quasi-distributed security systems that are able to timely warn the on-duty personnel and security structures about an attempted theft, indicating the place of intrusion into the protected cable channel. One of the solutions is the development of an automatic cable monitoring system based on quasi-distributed fiber-optic sensors. THE PURPOSE. Development of an automatic system for monitoring the integrity of power cables using quasi-distributed fiber-optic sensors capable of timely warning the personnel on duty and security structures about the attempted theft and the place of intrusion into the protected cable channel. The automatic cable monitoring system allows you to partially solve the security problems of the guarded perimeter in real time. METHODS. In solving this problem, a method was used to control the intensity of the light wave propagating in an optical fiber and the additional losses generated by mechanical action on it. Additional losses can be numerically converted into a picture of pixel changes and then into numerical values. RESULTS. The result is the development of a prototype of an automatic perimeter security system using fiber-optic conductors and software. The software is an important part, as it is the basis of the proposed method of intelligent pixel analysis of a light spot and determination of additional losses in an optical fiber. CONCLUSION. The considered new control method makes it possible to overcome a number of disadvantages of the well-known methods of optical interferometry and reflectometry, as well as Bragg fiber gratings, which require rather expensive structural components of an automatic cable control system and specific software based on artificial intelligence. The proposed automatic cable monitoring system can become an alternative to replace outdated security systems for military facilities using electrical signals, while blocking and suppression by special means will be completely excluded.
Keywords: security system; fiber-optic sensor; unauthorized access; optical fiber; guarded perimeter.
For citation: Аlkina АD, Yurchenko AV, Mekhtiyev D, Madi PSh, Aimagambetova RZh. Development of an automatic cable monitoring system using quasi-distributed fiber-optic sensors. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023;15:1(57):125-143.
ПАССИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ ДЛЯ КОМПЕНСАЦИИ ГАРМОНИК В ЛИНИЯХ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ ВЫСОКОГО НАПРЯЖЕНИЯ
Боярская2 Н.П., Довгун1 В.П., Егоров1 Д.Э., Синяговский1 А. Ф.
1Сибирский федеральный университет, г. Красноярск, Россия
2Красноярский государственный аграрный университет, г. Красноярск, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. Основной причиной ухудшения качества электрической энергии в сетях различных уровней напряжения являются значительное увеличение доли нелинейных нагрузок, вызывающих гармонические искажения токов и напряжений. Массовое использование нелинейных нагрузок вызывает искажения формы токов и напряжений. Серьезной проблемой становится проникновение высших гармоник в сети высокого напряжения. ЦЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ – разработка процедуры проектирования пассивных фильтров, ограничивающих проникновение гармоник тока, создаваемых нелинейными нагрузками, во внешние сети. Для уменьшения стоимости фильтр подключается к обмотке низкого напряжения трехобмоточного трансформатора. МЕТОДЫ. Предложенный метод основан на использовании тории синтеза реактивных двухполюсников. Рассмотрены новые конфигурации пассивных фильтров, представляющие комбинации канонических структур реактивных двухполюсников и позволяющие включить в состав фильтра индуктивность обмотки трансформатора. РЕЗУЛЬТАТЫ. Преимущество предлагаемого подхода заключается в том, что в процессе реализации можно варьировать конфигурацию фильтра и частоты подавляемых гармоник, выбирая подходящую схему реактивного двухполюсника. С помощью предложенного метода проектирования получены новые варианты пассивных фильтров, подключаемых к обмотке низкого напряжения трехобмоточного трансформатора. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработан метод расчета пассивных фильтров, обеспечивающих ослабление гармоник, проникающих во внешние сети высокого напряжения. Предложены новые конфигурации фильтров, позволяющие включить в их состав индуктивность обмотки трансформатора, к которой подключен фильтр. Рассмотренная схема фильтрации может служить эффективным и экономичным средством ограничения проникновения гармоник в сети различных уровней напряжения.
Ключевые слова: качество электроэнергии; гармоники; силовые фильтры.
Для цитирования: Боярская Н.П., Довгун В.П., Егоров Д.Э., Синяговский А.Ф. Пассивные фильтры для компенсации гармоник в линиях электропередачи высокого напряжения // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т.15. №1 (57). С. 144-151.
PASSIVE FILTERS FOR HARMONIC COMPENSATION IN HIGH-VOLTAGE TRANSVISSION SYSTEMS
NP. Boyarskaya2, VP. Dovgun1, DE. Egorov1, AF. Sinjagovsky1
1Siberian Federal University, Krasnoyarsk, Russia
2Кrasnoyarsk State Agricultural University, Krasnoyarsk, Russia
Abstract: RELEVANCE. The increasing implementation of nonlinear loads has lead to increased injection of harmonic currents into transmission systems. The penetration of harmonic currents into transmission systems is becoming a serious issue. THE PURPOSE. This paper presents a new procedure for designing passive filters, which provide attenuation of harmonics penetrating high-voltage transmission systems. To reduce costs and simplify maintenance, the filter is connected to the tertiary winding of the substation transformer. METHODS. The method for passive filters design, based on the theory of passive LC-one-port synthesis, is described. The advantage of the proposed approach is that the filter configuration can be varied during the implementation process by choosing the appropriate canonical form of the LC-one-port. RESULTS. A new filter configurations including the inductance of the transformer winding as a component are proposed. The advantage of the proposed approach is that the filter configuration can be varied during the implementation process by choosing the appropriate canonical form of the LC-one-port. Performance of the filter is evaluated through computer simulation.
CONCLUSION. A design procedure for harmonic filters design, based on the theory of passive LC-one-port synthesis, is considered. New passive filter configurations are proposed including the inductance of the tertiary transformer winding as a component. Simulation has shown that the proposed filtering scheme is an efficient and economical tool for attenuating harmonics penetrating high voltage transmission systems
Key words: power quality; harmonics; power filter.
For citation: Boyarskaya NP, Dovgun VP, Egorov DE, Sinjagovsky AF. Passive filters for harmonic compensation in high-voltage transvission systems. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):144-151.
ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТАРИФНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НА УСТОЙЧИВОЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ИРАЗВИТИЕ ЭНЕРГОКОМПАНИЙ РФ
Колибаба В.И., Тарасова А.С.
Ивановский государственный энергетический университет, г. Иваново, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ. Устойчивое функционирование и развитие энергокомпаний России – это важное направление обеспечения технологического суверенитета государства. Государственная тарифная политика влияет на функционирование и развитие отечественных предприятий электроэнергетического сектора. Тариф на электроэнергию для конечного потребителя включает регулируемую и нерегулируемую составляющие, что влияет на устойчивое поступление выручки от продаж генерирующих, сетевых и сбытовых энергокомпаний. ЦЕЛЬ. Актуальность работы обусловлена необходимостью изучения темпов устойчивого развития современных энергокомпаний в условиях сохранения баланса интересов генерирующих, сетевых и сбытовых энергетических предприятий. Исследование направлено на оценку структуры тарифа на электроэнергию для конечных потребителей с точки зрения реализуемой государственной политики тарифного регулирования и их влияния на устойчивость функционирования и развития энергокомпаний РФ. МЕТОДЫ. Рассмотрены методы государственного регулирования в электроэнергетике, а также методы регулирования тарифов в отрасли. РЕЗУЛЬТАТЫ. Проанализирована структура тарифа на основе экономических данных всех гарантирующих поставщиков России. Представлены диапазоны значений составляющих тарифа на электроэнергию по генерирующим, сетевым и сбытовым энергокомпаниям. Выявлены тенденции по динамике отпускного и сетевого тарифа в зависимости от классов напряжения. Сделан вывод о сохранении устойчивости энергокомпаний России вне зависимости от применяемого государственного тарифного регулирования и повышении рисков неплатежеспособности для промышленных потребителей ввиду возможного завышения необходимой валовой выручки энергопредприятий в ряде регионов России. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Дробление тарифа на электроэнергию вследствие проведенных преобразований в электроэнергетической отрасли обусловливает конфликт интересов между различными субъектами конкурентного рынка электроэнергии и мощности России, что в перспективе может создать проблемы устойчивого функционирования и развития энергокомпаний.
Ключевые слова: генерирующие энергокомпании; структура тарифа; оптовый рынок электроэнергии и мощности; устойчивое развитие; электроэнергетика; сбытовая надбавка.
Для цитирования: Колибаба В.И., Тарасова А.С. Оценка влияния тарифного регулирования на устойчивое функционирование и развитие энергокомпаний РФ // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т.15. №1 (57). С. 152-172.
ASSESSMENT OF THE TARIFF REGULATION IMPACT ON THE SUSTAINABLE FUNCTIONING AND DEVELOPMENT OF ENERGY COMPANIES OF THE RUSSIAN FEDERATION
VI. Kolibaba, AS. Tarasova
Ivanovo State Power Engineering University, Ivanovo, Russia
Abstract: RELEVANCE. The sustainable development of Russian energy companies is an important direction in ensuring the technological sovereignty of our country. The state tariff policy affects the functioning and development of domestic enterprises in the electric power sector. The electricity tariff for the end consumer includes a regulated and non-regulated component, which affects the steady receipt of revenue from the sales of generating, grid and retail energy companies.PURPOSE. The relevance of the work is due to the need to study the pace of sustainable development of modern energy companies in conditions of maintaining a balance of interests of generating, grid and distribution energy enterprises. The study is aimed at assessing the structure of the electricity tariff for end consumers from the point of view of the implemented state policy of tariff regulation and their impact on the sustainability of the operation and development of energy companies in the Russian Federation. METHODS. The methods of state regulation in the electric power industry, as well as methods of regulating tariffs in the industry are considered. RESULTS. The structure of the tariff is analyzed on the basis of economic data of all guaranteeing suppliers in Russia. The ranges of values of the components of the tariff for electricity for generating, grid and retail energy companies are presented. Trends in the dynamics of the selling and network tariffs depending on the voltage classes are revealed. The conclusion is made about the stability of Russian energy companies regardless of the applied state tariff regulation and the increase in the risks of insolvency for industrial consumers due to the possible overestimation of the required gross revenue of energy enterprises in a number of regions of Russia. CONCLUSION. The fragmentation of the electricity tariff due to the reforms carried out in the electricity industry caused a conflict of interest between various subjects of the competitive electricity and capacity market in Russia, which may create problems for the sustainable functioning and development of energy companies in the future.
Keywords: generating energy companies; tariff structure; wholesale electricity and capacity market; sustainable development; electric power industry; sales margin.
For citation: Kolibaba VI, Tarasova AS. Assessment of the tariff regulation impact on the sustainable functioning and development of energy companies of the Russian Federation. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023;15(57):152-172.
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ФОРМАЛИЗОВАННОЙ МОДЕЛИ УПРАВЛЕНИЯ ВСЕОБЩИМ РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕМ
Антонов В.С.
Казанский инновационный университет имени В. Г. Тимирясова, г. Казань, Россия
Резюме: АКТУАЛЬНОСТЬ представленного исследования обосновывается интенсивным развитием управленческих подходов к обеспечению устойчивого экономического развития. Большое разнообразие таких подходов негативно сказывается на выборе направлений трансформации экономики, что обуславливает необходимость применения системного подхода к формированию моделей устойчивого развития. ЦЕЛЬ: решение задач устойчивого территориального развития за счет формирования комплексного подхода к построению системы управления всеобщим ресурсосбережением. МЕТОДЫ: в работе использованы методы контент-анализа документов, регламентирующих применение подходов бережливого производства в региональном управлении и фундаментальные категории кибернетики: информация, прямая и обратная связь, оптимизация процессов. РЕЗУЛЬТАТЫ: проведен анализ и предложен научно-методический подход к управлению ресурсосбережением, как фактора повышения конкурентоспособности региона. Оценен опыт применения концепции Бережливое производство, как инструмента инновационного управления ресурсосбережением. Выделены проблемы устойчивого территориального развития и предложены их пути решения. ЗАКЛЮЧЕНИЕ: предложены структура и состав модели бережливого управления на основе всеобщего ресурсосбережения, выбранной в качестве оптимального инструмента устойчивого территориального развития в современных условиях.
Ключевые слова: всеобщее ресурсосбережение; бережливое производство; бережливое управление; региональное управление; устойчивое развитие.
Для цитирования: Антонов В. С. Разработка структуры формализованной модели управления всеобщим ресурсосбережением // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2023. Т. 15. №1 (57). С. 173-188.
CREATIION OF THE STRUCTURE FORMALIZED MANAGEMENT MODEL OF TOTAL RESOURSE SAVING
VS. Antonov
Kazan Innovative University named after V. G. Timiryasov, Kazan, Russia
Abstract: RELEVANCE of present research is substantiated by intensive development of management approaches for providing of sustainable economic development. The large diversity of such approaches is negatively reacted on choice of economy transformation directions, that causes need of using of system approach to creation of sustainable development model. THE PURPOSE. Solving of sustainable territorial development tasks by creation of complex way for total resource saving system building. METHODS. The work uses methods of content analysis documents, regulating using lean production approaches in regional management and fundamental categories of cybernetics: information, direct and feedback, process optimization. RESULTS: the analysis was organized and a scientific and methodological approach to the management of resource saving as a factor of increasing of the competitiveness of the region. The experience of the Lean production concept using was evaluated as an approach of innovative management of resource saving. The problems of sustainable territorial development are identified and their solutions were proposed. CONCLUSION: The structure and composition of the aimed subsystems of the lean management model based on total resource saving, chosen as the optimal approach for sustainable territorial development in modern conditions, were proposed.
Keywords: total resource saving; lean production; lean management; regional management; sustainable development.
For citation: Antonov V. S. Creation of the structure formalized management model of total resourse saving. KAZAN STATE POWER ENGINEERING UNIVERSITY BULLETIN. 2023; 15; 1(57):173-188.